JP2019160030A - Plant control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はプラント制御装置に関する。 The present invention relates to a plant control apparatus.
制御対象であるプラントでは、制御出力が目標値に近付くようにフィードバック制御が行われる。しかしながら、実際の制御では、ハード又は制御上の制約に起因して、制御出力の値に制約があることが多い。斯かる制約を無視して制御系の設計が行われると、過渡応答の悪化や制御の不安定化が生じるおそれがある。 In the plant to be controlled, feedback control is performed so that the control output approaches the target value. However, in actual control, the value of the control output is often limited due to hardware or control restrictions. If such a restriction is ignored and the control system is designed, transient response may be deteriorated and control may become unstable.
制約充足性を改善するための手法としてリファレンスガバナが知られている(例えば、特許文献1)。リファレンスガバナは、制約充足性を考慮し、プラントの所定のパラメータに基づいて算出される制御出力の目標値を修正して修正目標値を算出する。具体的には、リファレンスガバナは所定の目的関数の最小値探索を行うことによって修正目標値を算出する。 A reference governor is known as a technique for improving constraint satisfaction (for example, Patent Document 1). The reference governor calculates the corrected target value by correcting the target value of the control output calculated based on a predetermined parameter of the plant in consideration of constraint satisfaction. Specifically, the reference governor calculates a corrected target value by performing a minimum value search for a predetermined objective function.
特許文献1には、ディーゼルエンジンにおける過給圧及びEGR率の目標値をリファレンスガバナによって修正することが記載されている。具体的には、目的関数の値が小さくなるように勾配法によって修正目標値を更新することによって修正目標値が算出される。
目的関数は、目標値の修正量に関する項と、プラントの状態量についての制約条件の充足度に関する項とを含む。制約条件の充足度に関する項は、制約条件の充足度が低いほど大きくなる。制約条件の充足度に関する項が大きいときには、目的関数の値が小さくなるように目標値が修正される。このことによって、制約条件の充足度が高められ、制御出力のオーバーシュートも抑制される。 The objective function includes a term relating to the correction amount of the target value and a term relating to the degree of satisfaction of the constraint condition regarding the state quantity of the plant. The term relating to the degree of satisfaction of the constraint condition increases as the degree of satisfaction of the constraint condition decreases. When the term relating to the degree of satisfaction of the constraint condition is large, the target value is corrected so that the value of the objective function becomes small. As a result, the degree of satisfaction of the constraint condition is increased and the overshoot of the control output is also suppressed.
ところで、制御出力の目標値と現在値との差が大きいときに制御出力を目標値に近付ける制御が行われると、目標値と現在値との差が小さいときに比べて、プラントの状態量の将来予測値が制約条件に抵触する可能性が高くなる。このため、目標値と現在値との差が大きいときに目的関数の最小値探索が行われると、目標値の修正量が大きくなる傾向にある。しかしながら、目標値と現在値との差が大きいときに目標値の修正量が大きくされると、制御出力が目標値に近付く速度が遅くなり、制御出力の応答性が悪化する。 By the way, when control is performed to bring the control output closer to the target value when the difference between the target value of the control output and the current value is large, the state quantity of the plant is smaller than when the difference between the target value and the current value is small. The possibility that the predicted value in the future conflicts with the constraint condition increases. For this reason, if the minimum value search of the objective function is performed when the difference between the target value and the current value is large, the correction amount of the target value tends to increase. However, if the correction amount of the target value is increased when the difference between the target value and the current value is large, the speed at which the control output approaches the target value becomes slow, and the response of the control output deteriorates.
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、プラントの制御出力を目標値に近付ける場合に、制御出力のオーバーシュートを抑制しつつ、制御出力の応答性の悪化を抑制することにある。 Then, in view of the said subject, when the control output of a plant is brought close to a target value, it is in suppressing the deterioration of the responsiveness of a control output, suppressing the overshoot of a control output.
本開示の要旨は以下のとおりである。 The gist of the present disclosure is as follows.
(1)プラントの所定のパラメータに基づいて前記プラントの制御出力の目標値を算出する目標値算出部と、前記制御出力のオーバーシュートを抑制する方向に前記目標値を修正して修正目標値を算出する目標値修正部と、前記制御出力が前記修正目標値に近付くように前記プラントの制御入力を決定するフィードバックコントローラとを備え、前記目標値修正部は、前記制御出力を前記目標値まで変化させる場合、前記目標値の修正量が所定値以下になるように前記修正目標値を設定し、その後、前記目標値の修正量が前記所定値よりも大きくなるように前記修正目標値を変更し、その後、前記制御出力が前記目標値に達する前に、前記目標値の修正量が前記所定値以下になるように前記修正目標値を変更する、プラント制御装置。 (1) A target value calculation unit that calculates a target value of the control output of the plant based on a predetermined parameter of the plant, and corrects the target value by correcting the target value in a direction that suppresses overshoot of the control output. A target value correcting unit for calculating, and a feedback controller for determining a control input of the plant so that the control output approaches the corrected target value, and the target value correcting unit changes the control output to the target value. The correction target value is set so that the correction amount of the target value is not more than a predetermined value, and then the correction target value is changed so that the correction amount of the target value is larger than the predetermined value. Then, before the control output reaches the target value, the plant control device changes the correction target value so that the correction amount of the target value is equal to or less than the predetermined value.
(2)前記目標値修正部は、前記制御出力を前記目標値まで変化させる場合、前記目標値と前記制御出力の現在値との差が第一基準値よりも大きいときには、前記目標値の修正量が前記所定値以下になるように前記修正目標値を設定し、前記差が前記第一基準値に達したときに、前記目標値の修正量が前記所定値よりも大きくなるように前記修正目標値を変更し、前記差が第二基準値に達したときに、前記目標値の修正量が前記所定値以下になるように前記修正目標値を変更し、前記第二基準値は前記第一基準値よりも小さい、上記(1)に記載のプラント制御装置。 (2) When changing the control output to the target value, the target value correcting unit corrects the target value when a difference between the target value and the current value of the control output is larger than a first reference value. The correction target value is set so that the amount becomes equal to or less than the predetermined value, and the correction value of the target value becomes larger than the predetermined value when the difference reaches the first reference value. When the target value is changed and the difference reaches the second reference value, the correction target value is changed so that the correction amount of the target value is equal to or less than the predetermined value, and the second reference value is The plant control device according to (1), which is smaller than one reference value.
(3)前記目標値修正部は、目的関数の最小値探索を行うことによって前記修正目標値を算出し、前記目的関数は、前記目標値の修正量に関する項と、前記プラントの状態量についての制約条件の充足度に関する項とを含み、前記目標値と前記制御出力の現在値との差が相対的に大きい場合には、前記差が相対的に小さい場合に比べて、前記目標値の修正量に関する項の前記目的関数の値に対する寄与度が大きくなるように構成される、上記(1)に記載のプラント制御装置。 (3) The target value correction unit calculates the correction target value by performing a minimum value search of an objective function, and the objective function includes a term relating to a correction amount of the target value, and a state quantity of the plant. And when the difference between the target value and the current value of the control output is relatively large, the correction of the target value is performed as compared with the case where the difference is relatively small. The plant control apparatus according to (1), configured to increase a degree of contribution of the term relating to the amount to the value of the objective function.
(4)前記目標値の修正量に関する項は、前記目標値の修正量が大きくなるほど大きくなる成分に、前記差が大きくなるほど大きくなる成分を乗算した値である、上記(3)に記載のプラント制御装置。 (4) The plant according to (3), wherein the term related to the correction amount of the target value is a value obtained by multiplying a component that increases as the correction amount of the target value increases by a component that increases as the difference increases. Control device.
(5)前記制約条件の充足度に関する項は、前記制約条件の充足度が低いほど大きくなる成分を、前記差が大きくなるほど大きくなる成分で除算した値である、上記(3)に記載のプラント制御装置。 (5) The plant according to (3), wherein the term relating to the degree of satisfaction of the constraint condition is a value obtained by dividing a component that increases as the degree of satisfaction of the constraint condition decreases by a component that increases as the difference increases. Control device.
(6)前記差が大きくなるほど大きくなる成分は、前記差のn乗であり、nはゼロよりも大きい、上記(4)又は(5)に記載のプラント制御装置。 (6) The plant control apparatus according to (4) or (5), wherein the component that increases as the difference increases is the nth power of the difference, and n is greater than zero.
(7)前記プラントは内燃機関であり、nは4以上6以下の値である、上記(6)に記載のプラント制御装置。 (7) The plant control device according to (6), wherein the plant is an internal combustion engine, and n is a value of 4 or more and 6 or less.
本発明によれば、プラントの制御出力を目標値に近付ける場合に、制御出力のオーバーシュートを抑制しつつ、制御出力の応答性の悪化を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when the control output of a plant is brought close to a target value, the deterioration of the responsiveness of a control output can be suppressed, suppressing the overshoot of a control output.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.
<第一実施形態>
最初に図1〜図4を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。
<First embodiment>
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
<プラント制御装置の構成>
図1は、第一実施形態に係るプラント制御装置の目標値追従制御構造を示す図である。プラント制御装置は、目標値算出部2、目標値修正部3、比較部4及びフィードバックコントローラ5を備える。例えば、電子制御ユニット(ECU)のようなマイコンがプラント制御装置として機能する。
<Configuration of plant control device>
FIG. 1 is a diagram illustrating a target value tracking control structure of the plant control apparatus according to the first embodiment. The plant control apparatus includes a target
図1において破線で囲まれた部分は、制御対象であるプラント6の出力を制御する閉ループシステム10として機能する。閉ループシステム10が設計済である場合、図1の目標値追従制御構造を等価変形することによって図2のフィードフォワード制御構造が得られる。
A portion surrounded by a broken line in FIG. 1 functions as a closed
目標値算出部2は、外生入力dに基づいてプラント6の制御出力xの目標値rを算出し、目標値rを目標値修正部3に出力する。目標値算出部2は、例えば、外生入力dと目標値rとの関係が示された目標値マップとして構成される。外生入力dはプラント6の所定のパラメータである。
The target
目標値rがそのまま閉ループシステム10に入力されると、制御出力xが目標値rに近付くようにフィードバック制御が行われる。この場合、制御出力xを目標値rに迅速に近付けることができるが、制御出力xのオーバーシュート量が大きくなる。このため、本実施形態では、目標値修正部3によって目標値rが修正される。目標値修正部3は、制御出力xのオーバーシュートを抑制する方向に目標値rを修正して修正目標値wを算出する。
When the target value r is directly input to the closed
比較部4は、修正目標値wから制御出力xを減算して偏差e(=w−x)を算出し、偏差eをフィードバックコントローラ5に入力する。修正目標値wは目標値修正部3によって比較部4に入力され、制御出力xは、制御入力u及び外生入力dが入力されるプラント6から出力される。制御出力xは、センサ等の検出器によって検出され又は計算式等を用いて推定される。
The
フィードバックコントローラ5は、制御出力xが修正目標値wに近付くように制御入力uを決定する。すなわち、フィードバックコントローラ5は、偏差eがゼロに近付くように制御入力uを決定する。フィードバックコントローラ5では、PI制御、PID制御等の公知の制御が用いられる。フィードバックコントローラ5は制御入力uをプラント6に入力する。また、状態フィードバックとして制御出力xがフィードバックコントローラ5に入力される。なお、制御出力xのフィードバックコントローラ5への入力は省略されてもよい。また、比較部4はフィードバックコントローラ5に組み込まれていてもよい。
The
<目標値の修正>
上述したように、目標値修正部3は、制御出力xのオーバーシュートを抑制する方向に目標値rを修正して修正目標値wを算出する。なお、制御出力xのオーバーシュートを抑制する方向とは、制御出力xを目標値rに向かって増加させる場合には修正目標値wを減少させる方向を意味し、制御出力xを目標値rに向かって減少させる場合には修正目標値wを増加させる方向を意味する。
<Correction of target value>
As described above, the target
制御出力xの目標値rと現在値との差が大きいときに目標値rの修正量が大きくされると、制御出力xが目標値rに近付く速度が遅くなり、制御出力xの応答性が悪化する。また、制御出力xのオーバーシュートを抑制するためには、制御出力xが目標値rに近付いたときに目標値rの修正量を大きくすることが有効である。また、制御出力xを目標値rに収束させるためには、制御出力xが目標値rに達する前に目標値rの修正量を小さくする必要がある。 If the correction amount of the target value r is increased when the difference between the target value r of the control output x and the current value is large, the speed at which the control output x approaches the target value r becomes slow, and the response of the control output x is reduced. Getting worse. In order to suppress overshoot of the control output x, it is effective to increase the correction amount of the target value r when the control output x approaches the target value r. In order to converge the control output x to the target value r, it is necessary to reduce the correction amount of the target value r before the control output x reaches the target value r.
このため、本実施形態では、目標値修正部3は、制御出力xを目標値rまで変化させる場合、目標値rの修正量が所定値以下になるように修正目標値wを設定し、その後、目標値rの修正量が所定値よりも大きくなるように修正目標値wを変更し、その後、制御出力xが目標値rに達する前に、目標値rの修正量が所定値以下になるように修正目標値wを変更する。なお、目標値rの修正量とは、目標値rと修正目標値wとの差である。
For this reason, in this embodiment, when changing the control output x to the target value r, the target
このことによって、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に大きい場合には、制御出力xの変化速度を速くすることができ、制御出力xの応答性の悪化を抑制することができる。また、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に小さい場合には、制御出力xの変化速度を緩めることができ、制御出力xのオーバーシュートを抑制することができる。したがって、本実施形態では、制御出力xを目標値rに近付ける場合に、制御出力xのオーバーシュートを抑制しつつ、制御出力xの応答性の悪化を抑制することができる。 As a result, when the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively large, the change speed of the control output x can be increased, and the deterioration of the responsiveness of the control output x is suppressed. be able to. Further, when the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively small, the change speed of the control output x can be reduced, and the overshoot of the control output x can be suppressed. Therefore, in this embodiment, when the control output x is brought close to the target value r, it is possible to suppress the deterioration of the response of the control output x while suppressing the overshoot of the control output x.
本実施形態では、制御出力xの目標値rと現在値との差が第一基準値よりも大きいときには、目標値rの修正量が所定値以下になるように修正目標値wを設定し、目標値rと現在値との差が第一基準値に達したときに、目標値rの修正量が上記所定値よりも大きくなるように修正目標値wを変更し、目標値rと現在値との差が第二基準値に達したときに、目標値rの修正量が上記所定値以下になるように修正目標値wを変更する。第二基準値は第一基準値よりも小さい。 In the present embodiment, when the difference between the target value r of the control output x and the current value is larger than the first reference value, the correction target value w is set so that the correction amount of the target value r is not more than a predetermined value, When the difference between the target value r and the current value reaches the first reference value, the correction target value w is changed so that the correction amount of the target value r is larger than the predetermined value, and the target value r and the current value are changed. When the difference between and reaches the second reference value, the correction target value w is changed so that the correction amount of the target value r is equal to or less than the predetermined value. The second reference value is smaller than the first reference value.
例えば、目標値修正部3は、目標値rと現在値との差が第一基準値よりも大きいときには、修正目標値wを目標値rに設定し、目標値rと現在値との差が第一基準値に達したときに、修正目標値wを目標値rから遠ざけ、目標値rと現在値との差が第二基準値に達したときに、修正目標値wを目標値rに変更する。
For example, when the difference between the target value r and the current value is larger than the first reference value, the target
<タイムチャートを用いた制御の説明>
図3は、制御出力を目標値まで変化させる場合の制御出力の目標値、修正目標値及び実際の値のタイムチャートである。図3には、制御出力xの目標値rが二点鎖線で示され、制御出力xの修正目標値wが一点鎖線で示される。また、本実施形態の制御が実行されたときの制御出力xの実際の値(現在値)xeが実線で示され、比較例の制御が実行されたときの制御出力xの実際の値(現在値)xpが破線で示される。
<Description of control using time chart>
FIG. 3 is a time chart of the control output target value, the corrected target value, and the actual value when the control output is changed to the target value. In FIG. 3, the target value r of the control output x is indicated by a two-dot chain line, and the corrected target value w of the control output x is indicated by a one-dot chain line. Further, the actual value (current value) xe of the control output x when the control of the present embodiment is executed is indicated by a solid line, and the actual value (current value) of the control output x when the control of the comparative example is executed. Value) xp is indicated by a broken line.
図3の例では、時刻t1においてプラント6の状態が変化し、目標値rが増加している。目標値rは、時刻t1の後、ほぼ一定の値に維持される。この例では、制御出力xを目標値rに向かって増加させる制御が行われる。
In the example of FIG. 3, the state of the
比較例の制御では、目標値rの修正が行われない。したがって、制御出力xが目標値rに近付くようにフィードバックコントローラ5によって制御入力uが決定される。この結果、時刻t1の後、実際の値xpが、徐々に上昇し、時刻t4において目標値rに達する。時刻t4の後、制御出力xのオーバーシュートが発生し、その後、実際の値xpが目標値rに収束する。
In the control of the comparative example, the target value r is not corrected. Therefore, the control input u is determined by the
一方、本実施形態の制御では、修正目標値wが算出され、制御出力xが修正目標値wに近付くようにフィードバックコントローラ5によって制御入力uが決定される。時刻t1から時刻t2まで、修正目標値wは目標値rに等しい。すなわち、目標値rの修正は行われない。
On the other hand, in the control of the present embodiment, the correction target value w is calculated, and the control input u is determined by the
時刻t2において、目標値rと実際の値xeとの差が第一基準値R1に達し、目標値rの修正量が所定値よりも大きくなるように修正目標値wが変更される。この例では、制御出力xのオーバーシュートを抑制すべく、修正目標値wがステップ状に小さくされる。修正目標値wは時刻t2から時刻t3まで一定の値に維持される。 At time t2, the correction target value w is changed so that the difference between the target value r and the actual value xe reaches the first reference value R1, and the correction amount of the target value r is larger than a predetermined value. In this example, the correction target value w is reduced stepwise so as to suppress overshoot of the control output x. The corrected target value w is maintained at a constant value from time t2 to time t3.
時刻t3において、目標値rと実際の値xeとの差が第二基準値に達し、修正目標値wが目標値rに変更される。この例では、制御出力xを目標値rに収束させるべく、修正目標値wがステップ状に大きくされる。時刻t3の後、修正目標値wは目標値rに維持される。すなわち、目標値rの修正は行われない。 At time t3, the difference between the target value r and the actual value xe reaches the second reference value, and the corrected target value w is changed to the target value r. In this example, the corrected target value w is increased stepwise so that the control output x converges to the target value r. After time t3, the corrected target value w is maintained at the target value r. That is, the target value r is not corrected.
その後、実際の値xeが時刻t5において目標値rに達する。時刻t5の後、制御出力xのオーバーシュートが僅かに発生し、その後、実際の値xeが目標値rに収束する。 Thereafter, the actual value xe reaches the target value r at time t5. After time t5, a slight overshoot of the control output x occurs, and then the actual value xe converges to the target value r.
本実施形態の制御では、時刻t2において修正目標値wを小さくすることによって制御出力xの上昇にブレーキを掛けることができる。このため、比較例の制御に比べて制御出力xのオーバーシュート量を低減することができる。また、時刻t2よりも前には修正目標値wが目標値rに設定されているため、比較例の制御と同様に、制御出力xを目標値rに迅速に近付けることができる。したがって、本実施形態の制御では、制御出力xのオーバーシュートを抑制しつつ、制御出力xの応答性の悪化を抑制することができる。 In the control of this embodiment, the increase in the control output x can be braked by reducing the correction target value w at time t2. For this reason, the overshoot amount of the control output x can be reduced as compared with the control of the comparative example. Further, since the corrected target value w is set to the target value r before the time t2, the control output x can be quickly brought close to the target value r as in the control of the comparative example. Therefore, in the control of the present embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the responsiveness of the control output x while suppressing the overshoot of the control output x.
<目標値修正処理>
以下、図4のフローチャートを参照して、目標値rを修正して修正目標値wを算出するための制御について詳細に説明する。図4は、第一実施形態における目標値修正処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはプラント制御装置によって所定の実行間隔で繰り返し実行される。
<Target value correction processing>
Hereinafter, with reference to the flowchart of FIG. 4, the control for correcting the target value r and calculating the corrected target value w will be described in detail. FIG. 4 is a flowchart showing a control routine for target value correction processing in the first embodiment. This control routine is repeatedly executed at predetermined execution intervals by the plant control device.
最初に、ステップS101において、目標値算出部2は外生入力dを取得する。次いで、ステップS102において、目標値算出部2は外生入力dに基づいて目標値rを算出する。
First, in step S101, the target
次いで、ステップS103において、目標値修正部3は、目標値rから制御出力xの現在値PVを減算した値の絶対値、すなわち目標値rと現在値PVとの差が第一基準値R1よりも大きいか否かを判定する。第一基準値R1は、予め定められ、ゼロよりも大きな値である。目標値rと現在値PVとの差が第一基準値R1よりも大きいと判定された場合、本制御ルーチンはステップS104に進む。
Next, in step S103, the target
ステップS104では、目標値修正部3は修正目標値変更フラグを1に設定する。なお、修正目標値変更フラグFは、制御出力xのフィードバック制御が終了したときにはゼロにリセットされる。次いで、ステップS105において、目標値修正部3は、制御出力xを目標値rに迅速に変化させるべく、修正目標値wを目標値rに設定する。ステップS105の後、本制御ルーチンは終了する。
In step S104, the target
一方、ステップS103において目標値rと現在値PVとの差が第一基準値R1以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS106に進む。ステップS106では、目標値修正部3は、修正目標値変更フラグFが1であるか否かを判定する。修正目標値変更フラグFが1であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS107に進む。
On the other hand, when it is determined in step S103 that the difference between the target value r and the current value PV is equal to or less than the first reference value R1, the present control routine proceeds to step S106. In step S106, the target
ステップS107では、目標値修正部3は目標値rの修正量が所定値よりも大きくなるように修正目標値wを変更する。所定値は、制御出力xのオーバーシュートを抑制するように予め定められ、ゼロよりも大きな値である。目標値修正部3は、制御出力xのオーバーシュートを抑制する方向に修正目標値wをステップ状に変化させる。具体的には、目標値修正部3は、制御出力xを目標値rに向かって増加させる場合には修正目標値wを目標値rよりも小さくし、制御出力xを目標値rに向かって減少させる場合には修正目標値wを目標値rよりも大きくする。
In step S107, the target
次いで、ステップS108において、目標値修正部3は、目標値rと現在値PVとの差が第二基準値R2以下であるか否かを判定する。第二基準値R2は、予め定められ、ゼロよりも大きく且つ第一基準値R1よりも小さい。目標値rと現在値PVとの差が第二基準値R2よりも大きいと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、修正目標値wは、ステップS107において変更された値に維持される。
Next, in step S108, the target
一方、目標値rと現在値PVとの差が第二基準値R2以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS109に進む。ステップS109では、目標値修正部3は、制御出力xを目標値rに収束させるべく、修正目標値wを目標値rに変更する。目標値修正部3は修正目標値wを目標値rまでステップ状に変化させる。次いで、ステップS110において、目標値修正部3は修正目標値変更フラグFをゼロに設定する。ステップS110の後、本制御ルーチンは終了する。
On the other hand, when it is determined that the difference between the target value r and the current value PV is equal to or smaller than the second reference value R2, the present control routine proceeds to step S109. In step S109, the target
また、ステップS106において修正目標値変更フラグFがゼロであると判定された場合、本制御ルーチンはステップS111に進む。ステップS111では、目標値修正部3は修正目標値wを目標値rに設定する。ステップS111の後、本制御ルーチンは終了する。
If it is determined in step S106 that the correction target value change flag F is zero, the present control routine proceeds to step S111. In step S111, the target
なお、ステップS105、ステップS109及びステップS111において、目標値rの修正量が所定値以下であれば、修正目標値wは目標値rとは異なる値に設定されてもよい。また、目標値修正部3は、ステップS107において修正目標値wを変更後の値まで徐々に変化させ、ステップS109において修正目標値wを目標値rまで徐々に変化させてもよい。
In step S105, step S109, and step S111, the correction target value w may be set to a value different from the target value r if the correction amount of the target value r is equal to or smaller than a predetermined value. Further, the target
<第二実施形態>
第二実施形態におけるプラント制御装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態におけるプラント制御装置と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
<Second embodiment>
The configuration and control of the plant control apparatus in the second embodiment are basically the same as those of the plant control apparatus in the first embodiment except for the points described below. For this reason, the second embodiment of the present invention will be described below with a focus on differences from the first embodiment.
図5は、第二実施形態に係るプラント制御装置の目標値追従制御構造を示す図である。第二実施形態では、リファレンスガバナ(RG)30が、目標値rを修正して修正目標値wを算出する目標値修正部として機能する。図5におけるyは、とりうる値に制約があるプラント6の状態量である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a target value tracking control structure of the plant control apparatus according to the second embodiment. In the second embodiment, the reference governor (RG) 30 functions as a target value correcting unit that corrects the target value r and calculates the corrected target value w. Y in FIG. 5 is a state quantity of the
上述したように、閉ループシステム10では、制御出力xのフィードバック制御が行われる。しかしながら、実際の制御では、ハード又は制御上の制約に起因して、状態量yに制約がある。このため、制約を考慮せずに算出された目標値が閉ループシステム10に入力されると、状態量yが制約に抵触し、過渡応答の悪化や制御の不安定化が生じるおそれがある。
As described above, in the
このため、リファレンスガバナ30は、状態量yについての制約条件の充足度が高まるように目標値rを修正して修正目標値wを算出する。具体的には、リファレンスガバナ30は、目的関数の最小値探索を行うことによって修正目標値wを算出する。最小値探索では、リファレンスガバナ30は、目的関数の値が小さくなるように修正目標値wを所定回数更新することによって、閉ループシステム10に入力する最終的な修正目標値wを算出する。
For this reason, the
目的関数は、目標値rの修正量に関する項と、状態量yについての制約条件の充足度に関する項とを含む。制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に大きいときには、目標値rと現在値との差が相対的に小さいときに比べて、制約条件の充足度を高めるためには、目標値rの修正量を大きくする必要がある。 The objective function includes a term relating to the correction amount of the target value r and a term relating to the degree of satisfaction of the constraint condition for the state quantity y. When the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively large, in order to increase the degree of satisfaction of the constraint condition compared to when the difference between the target value r and the current value is relatively small, It is necessary to increase the correction amount of the target value r.
しかしながら、目標値rと現在値との差が大きいときに目標値rの修正量が大きくされると、制御出力xが目標値rに近付く速度が遅くなり、制御出力xの応答性が悪化する。また、制御出力xのオーバーシュートを抑制するためには、制御出力xが目標値rに近付いたときに目標値rの修正量を大きくすることが有効である。 However, if the correction amount of the target value r is increased when the difference between the target value r and the current value is large, the speed at which the control output x approaches the target value r becomes slow, and the responsiveness of the control output x deteriorates. . In order to suppress overshoot of the control output x, it is effective to increase the correction amount of the target value r when the control output x approaches the target value r.
このため、目的関数は、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に大きい場合には、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に小さい場合に比べて、目標値rの修正量が小さくなるように構成される。具体的には、目的関数は、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に大きい場合には、目標値rと現在値との差が相対的に小さい場合に比べて、目標値の修正量に関する項の目的関数の値に対する寄与度が大きくなるように構成される。 For this reason, the objective function indicates that the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively large compared to the case where the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively small. Thus, the correction amount of the target value r is configured to be small. Specifically, the objective function indicates that when the difference between the target value r and the current value of the control output x is relatively large, compared to when the difference between the target value r and the current value is relatively small, The contribution to the value of the objective function in the term relating to the correction amount of the target value is configured to be large.
このことによって、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に大きい場合には、制御出力xの変化速度を速くすることができ、制御出力xの応答性の悪化を抑制することができる。また、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に小さい場合には、制御出力xの変化速度を緩めることができ、制御出力xのオーバーシュートを抑制することができる。したがって、第二実施形態では、制御出力xを目標値rに近付ける場合に、制御出力xのオーバーシュートを抑制しつつ、制御出力xの応答性の悪化を抑制することができる。 As a result, when the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively large, the change speed of the control output x can be increased, and the deterioration of the responsiveness of the control output x is suppressed. be able to. Further, when the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively small, the change speed of the control output x can be reduced, and the overshoot of the control output x can be suppressed. Therefore, in the second embodiment, when the control output x is brought close to the target value r, it is possible to suppress the deterioration of the response of the control output x while suppressing the overshoot of the control output x.
例えば、目的関数J(w)は下記式(1)によって定義される。
J(w)=(r−w)2(|r−PV|)n+S1 2+S2 2+・・・…(1)
ここで、PVは制御出力rの現在値であり、nはゼロよりも大きい値である。目的関数J(w)は、目標値rの修正量に関する項(式(1)の右辺第一項)と、状態量yについての制約条件の充足度に関する項(式(1)の右辺第二項以降)との和として構成される。
For example, the objective function J (w) is defined by the following formula (1).
J (w) = (r−w) 2 (| r−PV |) n + S 1 2 + S 2 2 +... (1)
Here, PV is the current value of the control output r, and n is a value greater than zero. The objective function J (w) is a term relating to the correction amount of the target value r (the first term on the right side of the equation (1)) and a term relating to the degree of satisfaction of the constraint on the state quantity y (the second item on the right side of the equation (1)). It is composed as the sum of
目標値rの修正量に関する項は、目標値rの修正量が大きくなるほど大きくなる成分((r−w)2)に、制御出力xの目標値rと現在値との差が大きくなるほど大きくなる成分((|r−PV|)n)を乗算した値である。この場合、目標値rの修正量が所定値であるとき、目標値rの修正量に関する項は、制御出力xの目標値rと現在値との差が大きいほど大きくなる。このため、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に大きい場合には、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に小さい場合に比べて、目標値rの修正量に関する項の目的関数J(w)の値に対する寄与度が大きくなる。 The term relating to the correction amount of the target value r becomes a component ((r−w) 2 ) that increases as the correction amount of the target value r increases, and increases as the difference between the target value r of the control output x and the current value increases. This is a value obtained by multiplying the component ((| r−PV |) n ). In this case, when the correction amount of the target value r is a predetermined value, the term relating to the correction amount of the target value r increases as the difference between the target value r of the control output x and the current value increases. Therefore, when the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively large, the target value is larger than when the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively small. The contribution to the value of the objective function J (w) in the term relating to the correction amount of r is increased.
上記式(1)では、目標値rの修正量が大きくなるほど大きくなる成分は、目標値rと修正目標値wとの差、すなわち目標値rの修正量の二乗である。しかしながら、この成分は、目標値rの修正量に所定の係数を乗算した値等であってもよい。 In the above equation (1), the component that increases as the correction amount of the target value r increases is the difference between the target value r and the correction target value w, that is, the square of the correction amount of the target value r. However, this component may be a value obtained by multiplying the correction amount of the target value r by a predetermined coefficient.
また、上記式(1)では、制御出力xの目標値rと現在値との差が大きくなるほど大きくなる成分は、目標値rと現在値PVとの差のn乗である。しかしながら、この成分は、目標値rと現在値PVとの差に所定の係数を乗算した値等であってもよい。 In the above equation (1), the component that increases as the difference between the target value r of the control output x and the current value increases is the nth power of the difference between the target value r and the current value PV. However, this component may be a value obtained by multiplying the difference between the target value r and the current value PV by a predetermined coefficient.
制約条件の充足度に関する項は、第1ペナルティ関数S1の二乗、第2ペナルティ関数S2の二乗等を含む。ペナルティ関数の数は制約条件の数に応じて変動する。例えば、制約条件の数が四つである場合、制約条件の充足度に関する項は、第1ペナルティ関数S1の二乗、第2ペナルティ関数S2の二乗、第3ペナルティ関数S3の二乗及び第4ペナルティ関数S4の二乗を含む。各ペナルティ関数は、制約条件の充足度が低いほど大きくなる。なお、各ペナルティ関数は二乗されなくてもよい。 The term relating to the degree of satisfaction of the constraint condition includes the square of the first penalty function S 1 , the square of the second penalty function S 2 , and the like. The number of penalty functions varies depending on the number of constraints. For example, when the number of constraint conditions is four, the terms related to the degree of satisfaction of the constraint conditions are the square of the first penalty function S 1 , the square of the second penalty function S 2 , the square of the third penalty function S 3 and the second 4 includes a square of the penalty function S 4. Each penalty function becomes larger as the degree of satisfaction of the constraint is lower. Each penalty function may not be squared.
第1ペナルティ関数S1は、状態量yの一つである制御出力xについての制約条件の充足度に関する。第1ペナルティ関数S1では、制御出力xのオーバーシュート量がゼロよりも大きくならないことが制約条件として定義される。制御出力xを目標値rに向かって増加させる場合、第1ペナルティ関数S1は下記式(2)によって定義される。
ここで、x(k)は制御出力xの将来予測値であり、p1は予め定められた重み係数である。また、kは離散時間ステップであり、Nhは予測ステップ数(予測ホライズン)である。第1ペナルティ関数S1は、制御出力xの将来予測値x(k)が目標値rよりも大きくなった場合に、制御出力xの将来予測値x(k)と目標値rとの差がペナルティとして目的関数J(w)に加算されるように構成される。このため、第1ペナルティ関数S1は、制御出力xの将来予測値x(k)のオーバーシュート量が大きいほど大きくなる。 Here, x (k) is a future predicted value of the control output x, and p 1 is a predetermined weight coefficient. K is a discrete time step, and Nh is the number of prediction steps (prediction horizon). The first penalty function S 1 has a difference between the future predicted value x (k) of the control output x and the target value r when the future predicted value x (k) of the control output x is larger than the target value r. A penalty is added to the objective function J (w). For this reason, the first penalty function S 1 increases as the overshoot amount of the future predicted value x (k) of the control output x increases.
一方、制御出力xを目標値rに向かって減少させる場合、第1ペナルティ関数S1は下記式(3)によって定義される。
この場合、第1ペナルティ関数S1は、制御出力xの将来予測値x(k)が目標値rよりも小さくなった場合に、制御出力xの将来予測値x(k)と目標値rとの差がペナルティとして目的関数J(w)に加算されるように構成される。このため、第1ペナルティ関数S1は、制御出力xの将来予測値x(k)のオーバーシュート量が大きいほど大きくなる。 In this case, when the future predicted value x (k) of the control output x is smaller than the target value r, the first penalty function S 1 is calculated using the future predicted value x (k) of the control output x and the target value r. Is added to the objective function J (w) as a penalty. For this reason, the first penalty function S 1 increases as the overshoot amount of the future predicted value x (k) of the control output x increases.
リファレンスガバナ30はプラント6のモデルを用いて制御出力xの将来予測値x(k)を算出する。リファレンスガバナ30は、例えば、制御出力xの将来予測値x(k)を下記式(4)によって算出する。
x(k+1)=f1(x(k),w,d)…(4)
The
x (k + 1) = f 1 (x (k), w, d) (4)
ここで、f1は、制御出力xの将来予測値x(k)を算出するために用いられるモデル関数である。最初に、算出時点の制御出力xであるx(0)を用いて、算出時点から1ステップ先の制御出力xの予測値x(1)が算出される。算出時点の制御出力x(0)は、センサ等の検出器によって検出され又は計算式等を用いて推定される。その後、算出時点からNhステップ先の制御出力xの予測値x(Nh)まで制御出力xの将来予測値x(k)が順次算出され、合計Nh個の制御出力xの将来予測値が算出される。なお、1ステップに相当する時間に予測ステップ数Nhを乗じた値が予測期間になる。 Here, f 1 is a model function used for calculating the future predicted value x (k) of the control output x. First, the predicted value x (1) of the control output x one step ahead from the calculation time is calculated using x (0) that is the control output x at the calculation time. The control output x (0) at the time of calculation is detected by a detector such as a sensor or estimated using a calculation formula or the like. Thereafter, the future predicted value x (k) of the control output x is sequentially calculated from the calculation time point to the predicted value x (Nh) of the control output x of Nh steps ahead, and the future predicted values of the total Nh control outputs x are calculated. The A value obtained by multiplying the time corresponding to one step by the number of prediction steps Nh is the prediction period.
第2ペナルティ関数S2は、所定の状態量y2についての制約条件の充足度に関する。状態量y2は、例えば、圧力、回転数等である。第2ペナルティ関数S2では、例えば、状態量y2が上限値よりも大きくならないことが制約条件として定義される。この場合、第2ペナルティ関数S2は下記式(5)によって定義される。
ここで、y2(k)は状態量y2の将来予測値であり、y2upは予め定められた状態量y2の上限値であり、p2は予め定められた重み係数である。また、kは離散時間ステップであり、Nhは予測ステップ数(予測ホライズン)である。第2ペナルティ関数S2は、状態量y2の将来予測値y2(k)が上限値y2upよりも大きくなった場合に、状態量y2の将来予測値y2(k)と上限値y2upとの差がペナルティとして目的関数J(w)に加算されるように構成される。このため、第2ペナルティ関数S1は、状態量y2の将来予測値y2(k)が上限値y2upを上回る量が大きいほど大きくなる。 Here, y 2 (k) is a future predicted value of the state quantity y 2 , y 2up is a predetermined upper limit value of the state quantity y 2 , and p 2 is a predetermined weight coefficient. K is a discrete time step, and Nh is the number of prediction steps (prediction horizon). Second penalty function S 2, when the future predicted value y 2 state quantity y 2 where (k) is greater than the upper limit value y 2up, future state quantity y 2 predicted value y 2 (k) and the upper limit value The difference from y2up is added to the objective function J (w) as a penalty. Therefore, the second penalty function S 1 increases as the amount by which the future predicted value y 2 (k) of the state quantity y 2 exceeds the upper limit value y 2up increases.
なお、第2ペナルティ関数S2において、状態量y2が下限値よりも小さくならないことが制約条件として定義される場合、第2ペナルティ関数S2は下記式(6)によって定義される。
この場合、第2ペナルティ関数S2は、状態量y2の将来予測値y2(k)が下限値y2lowよりも小さくなった場合に、状態量y2の将来予測値y2(k)と下限値y2lowとの差がペナルティとして目的関数J(w)に加算されるように構成される。このため、第2ペナルティ関数S1は、状態量y2の将来予測値y2(k)が下限値y2lowを下回る量が大きいほど大きくなる。 In this case, the second penalty function S 2, the state quantity y 2 future predicted value y 2 (k) if is smaller than the lower limit value y 2Low, future predicted value y 2 of the state quantity y 2 (k) And the lower limit y 2low are added as a penalty to the objective function J (w). For this reason, the second penalty function S 1 increases as the amount by which the future predicted value y 2 (k) of the state quantity y 2 falls below the lower limit value y 2low increases.
なお、状態量y2の将来予測値y2(k)はプラント6のモデルを用いて制御出力xの将来予測値x(k)と同様に算出される。また、各状態量の将来予測値は、ニューラルネットワークを用いた機械学習等の他の手法によって算出されてもよい。
The future predicted value y 2 (k) of the state quantity y 2 is calculated using the model of the
図6は、目的関数J(w)におけるnの値を変化させたときの修正目標値のタイムチャートである。図6には、目標値rが破線で示される。また、nがゼロであるときの修正目標値wが実線で示され、nが2であるときの修正目標値wが破線で示され、nが4であるときの修正目標値wが一点鎖線で示され、nが6であるときの修正目標値wが実線で示され、nが8であるときの修正目標値wが二点鎖線で示される。なお、nがゼロであるときの修正目標値wは比較例として記載されている。 FIG. 6 is a time chart of the corrected target value when the value of n in the objective function J (w) is changed. In FIG. 6, the target value r is indicated by a broken line. The correction target value w when n is zero is indicated by a solid line, the correction target value w when n is 2 is indicated by a broken line, and the correction target value w when n is 4 is a one-dot chain line. The correction target value w when n is 6 is indicated by a solid line, and the correction target value w when n is 8 is indicated by a two-dot chain line. The correction target value w when n is zero is described as a comparative example.
図6の例では、時刻t1においてプラント6の状態が変化し、目標値rが増加している。目標値rは、時刻t1の後、ほぼ一定の値に維持される。nがゼロである場合には、制御出力xが目標値rに近付くにつれて、目標値rの修正量が徐々に小さくなる。
In the example of FIG. 6, the state of the
一方、nが2〜8である場合には、時刻t1から時刻t2までの期間において、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に大きい場合には、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に小さい場合に比べて、目標値rの修正量が小さくなっている。これは、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に大きい場合には、目標値rと現在値との差が相対的に小さい場合に比べて、目標値の修正量に関する項の目的関数の値に対する寄与度が大きくなるように目的関数が構成されているからである。また、時刻t2以降、目標値rの修正無しでも制約条件の充足度に関する項が小さくなることに伴い、目標値rの修正量が徐々に小さくなる。 On the other hand, when n is 2 to 8, if the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively large in the period from time t1 to time t2, the target of the control output x The correction amount of the target value r is smaller than when the difference between the value r and the current value is relatively small. This is related to the correction amount of the target value when the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively large compared to when the difference between the target value r and the current value is relatively small. This is because the objective function is configured so that the degree of contribution of the term to the value of the objective function is large. Further, after time t2, even if the target value r is not corrected, the amount of correction of the target value r gradually decreases as the term regarding the degree of satisfaction of the constraint condition decreases.
nが2〜8である場合、nの数が大きいほど、目標値の修正量を大きくするタイミングが遅くなると共に、目標値の修正量を大きくするときの修正目標値wの変化速度が速くなる。図7は、プラントが内燃機関である場合に目的関数J(w)におけるnの値を変化させたときの効果の程度を概略的に示す図である。効果は、制御出力xのオーバーシュート量が小さいほど大きくなり、制御出力xの応答性が向上するほど大きくなる。すなわち、制御出力xのオーバーシュート及び応答性が最もバランス良く改善された場合に、効果が最も高くなる。 When n is 2 to 8, the larger the number of n, the slower the timing for increasing the correction value of the target value and the faster the change speed of the correction target value w when increasing the correction value of the target value. . FIG. 7 is a diagram schematically showing the degree of effect when the value of n in the objective function J (w) is changed when the plant is an internal combustion engine. The effect increases as the overshoot amount of the control output x decreases, and increases as the response of the control output x improves. That is, the effect becomes the highest when the overshoot and response of the control output x are improved in the most balanced manner.
図7に示されるように、nが6以上のときには、効果が飽和し、nを大きくしても効果がほとんど大きくならない。また、nが大きいほどリファレンスガバナ30の演算負荷が大きくなる。このため、プラント6が内燃機関である場合、nを4以上6以下の値に設定することが好ましい。このことによって、リファレンスガバナ30の演算負荷を低減しつつ、制御出力xのオーバーシュート及び応答性を効果的に改善することができる。
As shown in FIG. 7, when n is 6 or more, the effect is saturated, and even if n is increased, the effect is hardly increased. Further, the calculation load of the
<タイムチャートを用いた制御の説明>
図8は、制御出力を目標値まで変化させる場合の制御出力の目標値、修正目標値及び実際の値のタイムチャートである。図8には、制御出力xの目標値rが二点鎖線で示され、制御出力xの修正目標値wが一点鎖線で示される。また、本実施形態の制御が実行されたときの制御出力xの実際の値(現在値)xeが実線で示され、比較例の制御が実行されたときの制御出力xの実際の値(現在値)xpが破線で示される。
<Description of control using time chart>
FIG. 8 is a time chart of the control output target value, the corrected target value, and the actual value when the control output is changed to the target value. In FIG. 8, the target value r of the control output x is indicated by a two-dot chain line, and the corrected target value w of the control output x is indicated by a one-dot chain line. Further, the actual value (current value) xe of the control output x when the control of the present embodiment is executed is indicated by a solid line, and the actual value (current value) of the control output x when the control of the comparative example is executed. Value) xp is indicated by a broken line.
図8の例では、修正目標値wを算出するために上記式(1)の目的関数が用いられ、nは7に設定された。図8の例では、時刻t1において内燃機関の状態が変化し、目標値rが増加している。目標値rは、時刻t1の後、ほぼ一定の値に維持される。この例では、制御出力xを目標値rに向かって増加させる制御が行われる。 In the example of FIG. 8, the objective function of the above equation (1) is used to calculate the corrected target value w, and n is set to 7. In the example of FIG. 8, the state of the internal combustion engine changes at time t1, and the target value r increases. The target value r is maintained at a substantially constant value after time t1. In this example, control for increasing the control output x toward the target value r is performed.
比較例の制御では、目標値rの修正が行われない。したがって、制御出力xが目標値rに近付くようにフィードバックコントローラ5によって制御入力uが決定される。この結果、時刻t1の後、実際の値xpが、徐々に上昇し、時刻t4において目標値rに達する。時刻t4の後、制御出力xのオーバーシュートが発生し、その後、実際の値xpが目標値rに収束する。
In the control of the comparative example, the target value r is not corrected. Therefore, the control input u is determined by the
一方、本実施形態の制御では、リファレンスガバナ30によって修正目標値wが算出され、制御出力xが修正目標値wに近付くようにフィードバックコントローラ5によって制御入力uが決定される。目的関数の値が小さくなるように修正目標値wが算出された結果、時刻t2から時刻t3まで、修正目標値wが徐々に小さくされ、目標値rの修正量が徐々に大きくされる。
On the other hand, in the control of this embodiment, the correction target value w is calculated by the
また、時刻t3から時刻t5まで、修正目標値wが目標値rまで徐々に大きくされ、目標値rの修正量が徐々に小さくされる。時刻t5の後、修正目標値wは目標値rに維持される。実際の値xeは、徐々に増加し、時刻t5において目標値rに達する。なお、時刻t3以降、実際の値xeは修正目標値wに沿って増加する。時刻t5の後、制御出力xのオーバーシュートが僅かに発生し、その後、実際の値xeが目標値rに収束する。 Further, from time t3 to time t5, the correction target value w is gradually increased to the target value r, and the correction amount of the target value r is gradually decreased. After time t5, the corrected target value w is maintained at the target value r. The actual value xe gradually increases and reaches the target value r at time t5. In addition, after time t3, the actual value xe increases along the corrected target value w. After time t5, a slight overshoot of the control output x occurs, and then the actual value xe converges to the target value r.
本実施形態の制御では、時刻t2から修正目標値wを徐々に小さくすることによって制御出力xの上昇にブレーキを掛けることができる。このため、比較例の制御に比べて制御出力xのオーバーシュート量を低減することができる。また、時刻t2よりも前には目標値rの修正量が小さいため、比較例の制御と同様に、制御出力xを目標値rに迅速に近付けることができる。したがって、本実施形態の制御では、制御出力xのオーバーシュートを抑制しつつ、制御出力xの応答性の悪化を抑制することができる。 In the control of this embodiment, the increase in the control output x can be braked by gradually decreasing the correction target value w from time t2. For this reason, the overshoot amount of the control output x can be reduced as compared with the control of the comparative example. Further, since the correction amount of the target value r is small before the time t2, the control output x can be quickly brought close to the target value r as in the control of the comparative example. Therefore, in the control of the present embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the responsiveness of the control output x while suppressing the overshoot of the control output x.
<目標値修正処理>
図9は、第二実施形態における目標値修正処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはプラント制御装置によって所定の実行間隔で繰り返し実行される。
<Target value correction processing>
FIG. 9 is a flowchart showing a control routine for target value correction processing in the second embodiment. This control routine is repeatedly executed at predetermined execution intervals by the plant control device.
最初に、ステップS201において、目標値算出部2は外生入力dを取得する。次いで、ステップS202において、目標値算出部2は外生入力dに基づいて目標値rを算出する。
First, in step S201, the target
次いで、ステップS203において、リファレンスガバナ30は、修正目標値wの初期値w0を目標値rに設定する。次いで、ステップS204〜ステップS206において、リファレンスガバナ30は目的関数の最小値探索を行う。
Then, in step S203, the
具体的には、ステップS204において、リファレンスガバナ30は、目的関数の値が小さくなるように修正目標値wを更新する。例えば、リファレンスガバナ30は二分探索法によって修正目標値wを更新する。なお、修正目標値wの更新は公知の他の手法によって行われてもよい。例えば、制御出力x及び修正目標値wの数が二以上である場合、リファレンスガバナ30は勾配法によって修正目標値wを更新してもよい。
Specifically, in step S204, the
次いで、ステップS205において、リファレンスガバナ30は、更新回数Countに1を加算する。更新回数Countは、最小値探索において修正目標値wが更新された回数を示す。更新回数Countの初期値は0である。
Next, in step S205, the
次いで、ステップS206において、リファレンスガバナ30は、更新回数Countが所定回数N以上であるか否かを判定する。所定回数Countは例えば5〜200である。ステップS206において更新回数Countが所定回数未満であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS204に戻る。したがって、最小値探索では、更新回数Countが所定回数Nに達するまで、修正目標値wが繰り返し更新される。
Next, in step S206, the
ステップS206において更新回数Countが所定回数N以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS207に進む。ステップS207では、リファレンスガバナ30は、最終的な修正目標値wを閉ループシステム10に入力する。次いで、ステップS208では、リファレンスガバナ30は更新回数Countをゼロにリセットする。ステップS208の後、本制御ルーチンは終了する。
If it is determined in step S206 that the update count Count is equal to or greater than the predetermined count N, the present control routine proceeds to step S207. In step S <b> 207, the
<その他の実施形態>
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。
<Other embodiments>
The preferred embodiments according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.
例えば、第二実施形態において、目的関数J(w)は下記式(7)によって定義されてもよい。
J(w)=(r−w)2+(S1 2+S2 2+・・・)/(|r−PV|)n…(7)
ここで、PVは制御出力rの現在値であり、nはゼロよりも大きい値である。目的関数J(w)は、目標値rの修正量に関する項(式(1)の右辺第一項)と、状態量yについての制約条件の充足度に関する項(式(1)の右辺第二項)との和として構成される。
For example, in the second embodiment, the objective function J (w) may be defined by the following equation (7).
J (w) = (r−w) 2 + (S 1 2 + S 2 2 +...) / (| R−PV |) n (7)
Here, PV is the current value of the control output r, and n is a value greater than zero. The objective function J (w) is a term relating to the correction amount of the target value r (the first term on the right side of the equation (1)) and a term relating to the degree of satisfaction of the constraint on the state quantity y (the second item on the right side of the equation (1)). )).
この場合、目標値rの修正量に関する項は、目標値rの修正量が大きくなるほど大きくなる成分であり、目標値rの修正量の二乗である。なお、この成分は、目標値rの修正量に所定の係数を乗算した値等であってもよい。 In this case, the term relating to the correction amount of the target value r is a component that increases as the correction amount of the target value r increases, and is the square of the correction amount of the target value r. Note that this component may be a value obtained by multiplying the correction amount of the target value r by a predetermined coefficient, or the like.
一方、制約条件の充足度に関する項は、制約条件の充足度が低いほど大きくなる成分(S1 2+S2 2+・・・)を、制御出力xの目標値rと現在値との差が大きくなるほど大きくなる成分((|r−PV|)n)で除算した値である。この場合、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に大きい場合には、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に小さい場合に比べて、制約条件の充足度に関する項の目的関数J(w)の値に対する寄与度が小さくなる。言い換えれば、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に大きい場合には、制御出力xの目標値rと現在値との差が相対的に小さい場合に比べて、目標値rの修正量に関する項の目的関数J(w)の値に対する寄与度が大きくなる。 On the other hand, the term relating to the degree of satisfaction of the constraint condition is a component (S 1 2 + S 2 2 +...) That increases as the degree of satisfaction of the constraint condition decreases, and the difference between the target value r of the control output x and the current value. It is a value obtained by dividing by a component ((| r−PV |) n ) that increases as the value increases. In this case, when the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively large, the constraint condition is larger than when the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively small. The degree of contribution to the value of the objective function J (w) in the term relating to the degree of satisfaction of is small. In other words, when the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively large, the target value is larger than when the difference between the target value r of the control output x and the current value is relatively small. The contribution to the value of the objective function J (w) in the term relating to the correction amount of r is increased.
上記式(7)では、制約条件の充足度が低いほど大きくなる成分は、各ペナルティ関数の二乗の和である。しかしながら、この成分は、各ペナルティ関数の和等であってもよい。 In the above formula (7), the component that becomes larger as the degree of satisfaction of the constraint is lower is the sum of the squares of the penalty functions. However, this component may be the sum of the penalty functions.
また、上記式(7)では、制御出力xの目標値rと現在値との差が大きくなるほど大きくなる成分は、目標値rと現在値PVとの差のn乗である。しかしながら、この成分は、目標値rと現在値PVとの差に所定の係数を乗算した値等であってもよい。 In the above equation (7), the component that increases as the difference between the target value r of the control output x and the current value increases is the nth power of the difference between the target value r and the current value PV. However, this component may be a value obtained by multiplying the difference between the target value r and the current value PV by a predetermined coefficient.
また、プラント6が内燃機関である場合に上記式(7)におけるnの値を変化させたときの効果の程度は、図7に示されたような結果と同様である。このため、修正目標値wを算出するために上記式(7)の目的関数が用いられる場合も、nを4以上6以下の値に設定することが好ましい。このことによって、リファレンスガバナ30の演算負荷を低減しつつ、制御出力xのオーバーシュート及び応答性を効果的に改善することができる。
Further, when the
また、本実施形態におけるプラント制御装置は、制御出力の状態量の将来予測値を推定可能なあらゆるプラントに適用可能である。例えば、プラント6がディーゼルエンジンであり、制御出力xが過給圧であってもよい。この場合、外生入力dは機関回転数及び燃料噴射量であり、制御入力uは、ターボチャージャのタービンに設けられた可変ノズルの開度である。
Moreover, the plant control apparatus in this embodiment can be applied to any plant that can estimate the future predicted value of the state quantity of the control output. For example, the
また、プラント6がディーゼルエンジンであり、制御出力xが過給圧及びEGR率であってもよい。この場合、外生入力dは機関回転数及び燃料噴射量であり、制御入力uは、可変ノズルの開度、スロットル弁の開度及びEGR弁の開度である。また、プラントは、ガソリンエンジンのようなディーゼルエンジン以外の内燃機関、車両、工作機械等であってもよい。
Further, the
2 目標値算出部
3 目標値修正部
5 フィードバックコントローラ
6 プラント
2 Target
Claims (7)
前記制御出力のオーバーシュートを抑制する方向に前記目標値を修正して修正目標値を算出する目標値修正部と、
前記制御出力が前記修正目標値に近付くように前記プラントの制御入力を決定するフィードバックコントローラと
を備え、
前記目標値修正部は、前記制御出力を前記目標値まで変化させる場合、前記目標値の修正量が所定値以下になるように前記修正目標値を設定し、その後、前記目標値の修正量が前記所定値よりも大きくなるように前記修正目標値を変更し、その後、前記制御出力が前記目標値に達する前に、前記目標値の修正量が前記所定値以下になるように前記修正目標値を変更する、プラント制御装置。 A target value calculation unit for calculating a target value of the control output of the plant based on a predetermined parameter of the plant;
A target value correcting unit for correcting the target value in a direction to suppress overshoot of the control output and calculating a corrected target value;
A feedback controller for determining a control input of the plant so that the control output approaches the corrected target value;
When changing the control output to the target value, the target value correction unit sets the correction target value so that the correction amount of the target value is equal to or less than a predetermined value, and then the correction amount of the target value is The correction target value is changed so as to be larger than the predetermined value, and then the correction target value is set so that the correction amount of the target value becomes equal to or less than the predetermined value before the control output reaches the target value. Change the plant control device.
前記目的関数は、前記目標値の修正量に関する項と、前記プラントの状態量についての制約条件の充足度に関する項とを含み、前記目標値と前記制御出力の現在値との差が相対的に大きい場合には、前記差が相対的に小さい場合に比べて、前記目標値の修正量に関する項の前記目的関数の値に対する寄与度が大きくなるように構成される、請求項1に記載のプラント制御装置。 The target value correction unit calculates the correction target value by performing a minimum value search of an objective function,
The objective function includes a term relating to the correction amount of the target value and a term relating to the degree of satisfaction of the constraint condition for the state quantity of the plant, and the difference between the target value and the current value of the control output is relatively 2. The plant according to claim 1, wherein when the difference is larger, the contribution of the term relating to the correction amount of the target value to the value of the objective function is larger than when the difference is relatively small. Control device.
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